[发明专利]量子装置的制作

说明书

在掩模阶段，非晶掩模的第一段被形成在基底的底层上。第一段包括暴露底层的第一组沟槽。在掩模阶段，非晶掩模的第二段被形成在底层上。第二段包括暴露该底层的第二组沟槽。这两个段不重叠。第一组沟槽中的一个沟槽的开口端面向第二组沟槽中的一个沟槽的开口端，但是端被非晶掩模的一部分分离。在半导体生长阶段，通过选择性区域生长，半导体材料被生长在第一组沟槽和第二组沟槽中以在底层上形成纳米线的第一子网络和第二子网络。纳米线的第一子网络和第二子网络被接合以形成单个纳米线网络。

技术领域

本申请涉及一种制作量子装置的方法和生成的量子装置。这种量子装置可以被用于例如量子计算机中。

背景技术

量子计算是一类计算，其中利用固有的量子力学现象(诸如量子态叠加和纠缠)以执行某些计算，其速度远超过任何经典计算机所能做到的。在“拓扑”量子计算机中，计算是通过操纵发生在某些物理系统中的准粒子——称为“非阿贝尔任意子(non-abeliananyons)”——来执行的。任意子具有独特的物理特性，其将它们与费米子和玻色子两者区分开。非阿贝尔任意子相对于阿贝尔任意子也具有独特的性质。正是这些独特的属性作为针对拓扑量子计算的基础，其中信息被编码为非阿贝尔任意子的拓扑属性；特别是它们的时空世界线的编织。与其他量子计算的模型相比，这具有某些益处。一个关键益处是稳定性，因为量子编织不受规模上的扰动的影响，该扰动可能在其他类型的量子计算机中导致错误诱导的量子退相干。

从广义上讲，迄今为止，两种类型的物理系统被认为是非阿贝尔任意子的潜在宿主，即凝聚态物理中的“5/2分数量子霍尔”系统，以及(最近的)半导体-超导体(SE/SU)纳米线。关于后者，该领域的关键进步是认识到以“马约拉纳零模”(MZM)形式的非阿贝尔任意子可以在耦合到超导体(SU)的半导体(SE)区域中形成。基于这种现象，SE/SU纳米线的网络可以被用以创建量子位，其中每条SE/SU纳米线包括一段涂有超导体的半导体。

量子位或量子位元是元素，在该元素上可以执行具有两种可能结果的测量，但在任何给定时间(当没有被测量时)实际上在与不同结果对应的两个状态的量子叠加中。

“拓扑”量子位元是基于所述以MZM形式的非阿贝尔任意子技术实现的量子位元。非阿贝尔任意子是一种准粒子，这意味着它本身不是粒子，而是电子液体中的激励，其至少部分地表现类似于粒子。特别地，任意子是发生在二维系统(空间中的两个自由度)中的准粒子。马约拉纳零模式是这种准粒子的特殊束缚态。在某些条件下，这些状态可以在靠近SE/SU纳米线网络中的半导体/超导体接口处以使它们能够作为量子位被操纵用于量子计算的目的的方式形成。MZM之间的纳米线网络的区域或“段”据说是处于“拓扑”机制。

发明内容

本发明内容被提供以简化形引入选择的概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决本文指出的任何或所有缺点的实现方式。

虽然制造技术的最新发展已经导致纳米线网络质量的显著提高，有关的方法都面临着可扩展性和/或质量的挑战。这对可以利用这些方法制造的纳米线网络的尺寸和复杂性施加了限制。

各种微型/纳米制作方法可以被用于生产量子装置所需的高质量的半导体(以及超导体和绝缘体)结构，用于量子计算领域的潜在的使用。在外延结构(面内线网络)的情况下存在特定挑战，其中掩模被用于引导生长过程，这可能是动力学地或/和热力学地控制的。

一项挑战涉及缺陷工程。纳米线网络中的无缺陷区域尺寸受限(通常为几微米)。结构的缺陷在超出临界尺寸的尺寸结构内随机发生。这对装置质量不利，因为缺陷区域可能发生在装置的活动区域内，消极地影响电子传输。